DE4237097A1 - X=ray image intensifier with vacuum housing having input light screening - has input window of vacuum housing and photocathode optically coupled on one side of glass carrier and electron multiplying stage - Google Patents
X=ray image intensifier with vacuum housing having input light screening - has input window of vacuum housing and photocathode optically coupled on one side of glass carrier and electron multiplying stageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker mit einem Vakuumgehäuse, einem beim Eingangsfenster des Gehäuses angeord neten Eingangsleuchtschirm, einer daran optisch angekoppelten Photokathode, einer Elektronenvervielfacherstufe und einem zum Gehäuse gehörenden Ausgangsfenster. Derartige Röntgenbildver stärker dienen beispielsweise als Nahfeld-Bildverstärker zur Wiedergabe von Röntgenbildern.The invention relates to an X-ray image intensifier with a Vacuum housing, one arranged at the entrance window of the housing neten entrance screen, one optically coupled to it Photocathode, an electron multiplier stage and one for Output window belonging to the housing. Such X-ray image ver serve more strongly, for example, as a near-field image intensifier Playback of X-ray images.
In der DE-A-31 50 257 ist ein derartiger Röntgenbildverstärker beschrieben, bei dem eine Elektronenvervielfacherstufe in dem sogenannten Flachbildverstärker eingebaut ist, die die von der Photokathode emittierten Elektronen zusätzlich beschleunigen, so daß sie in ihrer Energie verstärkt auf die Ausgangselektro de und den Ausgangsleuchtschirm zur Wiedergabe des Röntgenbil des fallen.Such an X-ray image intensifier is in DE-A-31 50 257 described in which an electron multiplier stage in the so-called flat-screen amplifier is built in, which the of the Accelerate emitted electrons additionally, so that their energy increases on the output electro de and the exit luminescent screen for the reproduction of the X-ray image of falling.
Zur Umwandlung in ein Videosignal kann nun an den Ausgangs leuchtschirm beispielsweise eine Fernsehkamera oder ein Bild sensor oder mehrere Halbleiter-Bildsensoren optisch angekop pelt werden, wie dies beispielsweise in der DE-C-32 07 085 be schrieben ist.To convert to a video signal can now be sent to the output fluorescent screen for example a television camera or a picture sensor or several semiconductor image sensors optically coupled be pelt, as for example in DE-C-32 07 085 be is written.
In der EP-A-02 99 627 ist das Herstellungsverfahren für einen Bildverstärker mit Elektronenvervielfacherstufe beschrieben, bei dem am Ausgang ein CCD-Wandler angeordnet ist. Derartige Wandler bestehen aus kristallinem Silizium, das nicht in gro ßen Flächen herstellbar ist (maximal 2×2 cm). Für großflä chige Röntgenbildverstärker läßt sich somit ein derartiger Bildverstärker nicht verwenden. EP-A-02 99 627 describes the manufacturing process for one Image intensifier with electron multiplier stage described, in which a CCD converter is arranged at the output. Such Converters are made of crystalline silicon, which is not large outer surfaces can be produced (maximum 2 × 2 cm). For large areas x-ray image intensifier can thus be such Do not use image intensifier.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen flachen groß flächigen Röntgenbildverstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen hohen Quantenwirkungsgrad aufweist und bei dem eine direkte elektrische Signalabnahme zur Digitalisierung und Weiterverarbeitung erfolgen kann.The invention is based on the task of a flat large flat X-ray image intensifiers of the type mentioned at the beginning create that has a high quantum efficiency and which is a direct electrical signal acquisition for digitization and further processing can take place.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aus gangsfenster ein direkt an die Elektronenvervielfacherstufe angekoppeltes flächenförmiges Detektorarray aufweist. Ein der artiges großflächiges Detektorarray aus beispielsweise mit Wasserstoff dotiertem amorphem Silizium (a-Si:H), dessen Größe nahezu der Größe des Eingangsfensters des Röntgenbildverstär kers entspricht, kann direkt ohne Umwandlung in sichtbares Licht aus den auftreffenden Elektronen ein elektrisches Signal erzeugen, das anschließend nach Weiterverarbeitung auf einem Monitor wiedergegeben werden kann.The object is achieved in that the end input window directly to the electron multiplier stage Coupled flat detector array has. One of the like large-scale detector array from, for example with Hydrogen doped amorphous silicon (a-Si: H), its size almost the size of the input window of the X-ray image intensifier kers corresponds, can be directly without conversion into visible Light from the incident electrons creates an electrical signal generate, which then after further processing on a Monitor can be played.
Das Detektorarray kann in vorteilhafter Weise aus einem Halb leiter aus amorphem mit Wasserstoff dotierten Silizium beste hen. Derartige Detektorarrays lassen sich bis zu Größen von 40×40 cm2 herstellen, so daß sie auch bei großflächigen Röntgenbildverstärkern eingesetzt werden können.The detector array can advantageously consist of a semiconductor made of amorphous hydrogen-doped silicon. Detector arrays of this type can be produced up to sizes of 40 × 40 cm 2 , so that they can also be used with large-area X-ray image intensifiers.
Als Elektronenvervielfacherstufe kann zweckmäßigerweise eine Mikrochannel-Platte verwendet werden. Es hat sich als vorteil haft erwiesen, wenn das Detektorarray kapazitiv empfindliche Eingangselektroden mit Speichereigenschaften aufweist. Groß fläche Detektorarrays lassen sich besser herstellen, wenn das Detektorarray aus mehreren nebeneinander angeordneten Modul gruppen besteht.One can expediently be used as the electron multiplier stage Microchannel plate can be used. It has been an advantage proven if the detector array is capacitively sensitive Has input electrodes with memory properties. Great flat detector arrays can be manufactured better if that Detector array consisting of several modules arranged side by side groups exists.
Die Elektronenvervielfacherstufe kann in vorteilhafter Weise aus einer Mikrochannel-Platte mit gekrümmten Kanälen bestehen. Die Verstärkung läßt sich weiterhin erhöhen, wenn wenigstens zwei Mikrochannel-Platten hintereinander angeordnet sind.The electron multiplier stage can advantageously consist of a microchannel plate with curved channels. The gain can be increased if at least two microchannel plates are arranged one behind the other.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below in the drawing presented embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem erfindungs gemäßen Röntgenbildverstärker, Fig. 1 is an X-ray diagnostic device with a fiction, modern x-ray image intensifier,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Röntgen bildverstärker und Fig. 2 shows a cross section through the X-ray image intensifier according to the invention and
Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsmöglichkeiten der in Fig. 2 dar gestellten Elektronenvervielfacherstufe. FIGS. 3 and 4 other possible embodiments of the electron multiplier stage provided in Fig. 2 represents.
In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Röntgengenerator 2 betrieben wird. Das von der Röntgenröhre 1 ausgehende Bündel von Röntgenstrahlen 8 durchtritt einen Patienten 3 und erzeugt ein Röntgenbild auf dem Eingangsleuchtschirm eines Flachbild verstärkers 4, der mit einem Hochspannungsgenerator 5 verbun den ist. Dieser Hochspannungsgenerator 5 erzeugt die Elektro denspannungen für die Photokathode und die Photoelektronen vervielfacherstufe des Flachbildverstärkers 4. Der Ausgang des Flachbildverstärkers ist über einen Verstärker 6 mit einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenbildes verbunden.In FIG. 1, an X-ray diagnostic device is illustrated with an X-ray tube 1, which is operated by an X-ray generator 2. The outgoing from the X-ray tube 1 bundle of X-rays 8 passes through a patient 3 and generates an X-ray image on the input fluorescent screen of a flat-screen amplifier 4 , which is connected to a high-voltage generator 5 . This high-voltage generator 5 generates the electrical dens voltages for the photocathode and the photoelectron multiplier stage of the flat-panel amplifier 4 . The output of the flat screen amplifier is connected via an amplifier 6 to a monitor 7 for reproducing the X-ray image.
In Fig. 2 ist der Röntgenbildverstärker 4 im Schnitt darge stellt, der ein Vakuumgehäuse 9 mit einem Eingangsfenster 10, beispielsweise aus Aluminium, aufweist. Hinter dem Eingangs fenster 10 befindet sich der Eingangsleuchtschirm 11 auf einem Glasträger 12. Der Eingangsleuchtschirm 11 kann dabei in be kannter Weise aus einer CsI:Na-Schicht mit Nadelstruktur be stehen, so daß aufgrund der hohen Röntgenabsorptionsdichte die einfallenden Röntgenstrahlen 8 absorbiert werden und Licht emittiert wird, das bei der auf der anderen Seite des Glasträ gers 12 befindlichen Photokathode 13 ein dem Röntgenbild ent sprechendes Photoelektronenbild erzeugt. Durch die angelegte Spannung vom Hochspannungsgenerator 5 treten aus der Photoka thode 13 Elektronen 14 aus, die in einer Elektronenvervielfa cherstufe 15, beispielsweise einer Mikrochannel-Platte, um Faktoren von 103 bis 107 verstärkt werden. Die aus der Elek tronenvervielfacherstufe 15 austretenden Elektronen 16 fallen auf ein Halbleiter-Detektorarray 17 aus amorphem mit Wasser stoff dotiertem Silizium (a-Si:H). Dieses ist im geometrischen Aufbau der Struktur der Elektronenvervielfacherstufe 15, der Mikrochannel-Platte, angepaßt und wandelt die verstärkten La dungsträgerpakete in elektrische Signale um, die dann über den Verstärker 6 auf dem Monitor 7 gegeben werden können.In Fig. 2, the X-ray image intensifier 4 is Darge in section, which has a vacuum housing 9 with an input window 10 , for example made of aluminum. Behind the input window 10 is the entrance screen 11 on a glass support 12th The input fluorescent screen 11 can be in a known manner from a CsI: Na layer with a needle structure, so that due to the high X-ray absorption density, the incident X-rays 8 are absorbed and light is emitted, which is located on the other side of the glass carrier 12 Photocathode 13 produces a photoelectron image corresponding to the X-ray image. Due to the applied voltage from the high voltage generator 5 , 13 electrons 14 emerge from the photoka method, which are amplified in a electron multiplier stage 15 , for example a microchannel plate, by factors of 10 3 to 10 7 . The emerging from the electron multiplier stage 15 electrons 16 fall on a semiconductor detector array 17 made of amorphous hydrogen-doped silicon (a-Si: H). This is adapted in the geometric structure of the structure of the electron multiplier stage 15 , the microchannel plate, and converts the amplified charge carrier packs into electrical signals, which can then be given via the amplifier 6 on the monitor 7 .
Der flächenmäßige Bilddetektor ist in bekannter Weise zeilen- und spaltenförmig in Bildelemente (Pixel) unterteilt und mit tels nicht dargestellten Ansteuer- und Signalleitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Treiberschaltung zur Aus lesung verbunden. Wie in der DE-A-37 32 820 beschrieben ist zu jedem Bildelement ein kapazitiver Speicher notwendig, der die Bildinformation für die Auslesezeit zwischenspeichert. Weiter hin kann es wegen der großen kapazitiven Nebenschlüsse notwen dig sein die gesamte Detektorfläche von 500 bis 1500 cm2 in einzelne Modulgruppen zu unterteilen und aus ihnen die Signale zu entnehmen. Nach der Verstärkung im Verstärker 6 können die Signale aber auch einem A/D-Wandler zugeführt und anschließend in einem digitalen Speicher abgespeichert und in einem Bild rechner verarbeitet werden.The areal image detector is divided in a known manner into rows and columns in the form of picture elements (pixels) and connected by means of control and signal lines, not shown, to a driver circuit, also not shown, for reading. As described in DE-A-37 32 820, a capacitive memory is required for each picture element, which temporarily stores the picture information for the readout time. Furthermore, because of the large capacitive shunts, it may be necessary to divide the entire detector area of 500 to 1500 cm 2 into individual module groups and to take the signals from them. After amplification in amplifier 6 , the signals can also be fed to an A / D converter and then stored in a digital memory and processed in an image computer.
Anstelle der in Fig. 2 dargestellten einstufigen geradlinigen Mikrochannel-Platte 15 lassen sich aber auch in bekannter Weise, wie in Fig. 3 dargestellt, Mikrochannel-Platten 20 mit gekrümmten Kanälen 21 oder mehrere hintereinander angeordnete Mikrochannel-Platten 22 (mehrere Stufen) verwenden, so daß sich die Verstärkungsfaktoren vergrößern. An die Mikrochannel- Platten 20 und 22 sind Spannungsversorgungen 23 des Hochspan nungsgenerators 5 angeschlossen, durch die Beschleunigungs spannungen von bis zu 3 kV angelegt werden können. Instead of the single-stage straight-line microchannel plate 15 shown in FIG. 2, microchannel plates 20 with curved channels 21 or a plurality of microchannel plates 22 (several stages) arranged one behind the other can also be used in a known manner, as shown in FIG. 3, so that the gain factors increase. To the microchannel plates 20 and 22 , voltage supplies 23 of the high-voltage generator 5 are connected, by means of which acceleration voltages of up to 3 kV can be applied.
Durch Veränderung der Kanaldurchmesser von 8 bis 25 µm können sowohl die Bildauflösung von 15 bis 50 Lp/mm als auch die Ver stärkungsfaktoren eingestellt werden. Auch die Pulshöhlenver teilungen werden durch die genannten Parameter in gewissen Grenzen verändert. Ein besonderer Vorteil der Verwendung der Mikrochannel-Platten 20 und/oder 22 als Elektrodenvervielfa cherstufen 15 ist die streng lineare Abhängigkeit des Aus gangssignales vom Eingangssignal über mehrere Zehnerpotenzen sowie der hohe Dynamikbereich von ca. 104.By changing the channel diameter from 8 to 25 µm, both the image resolution of 15 to 50 Lp / mm and the gain factors can be set. The pulse cavity distributions are also changed within certain limits by the parameters mentioned. A particular advantage of using the microchannel plates 20 and / or 22 as electrode multiplier stages 15 is the strictly linear dependence of the output signal on the input signal over several powers of ten and the high dynamic range of approximately 10 4 .
Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausführung des Röntgenbild verstärkers erhält man einen flachen großflächigen Röntgenbild verstärker mit hohem Quantenwirkungsgrad, hohen inneren Ver stärkungsfaktoren, guter Linearität und hoher Dynamik. Es läßt sich eine Bildauflösung von 5 bis 10 Lp/mm erreichen, die von den Strukturen der Mikrochannel-Platte und dem integrierten a-Si:H-Array bestimmt wird. Es werden keine optischen Übertra gungsglieder benötigt, so daß eine direkte elektrische Signal abnahme aus dem Röntgenbildverstärker zur Wiedergabe auf dem Monitor oder Digitalisierung und Weiterverarbeitung ohne Vidi kon möglich ist. Durch Wegfall jeglicher optischer Übertra gungsglieder sowie die Proximity-Lösung mittels Nahbildver stärker erhält man nur geringe Signalverluste.Because of this embodiment of the x-ray image according to the invention amplifier you get a flat, large X-ray image amplifier with high quantum efficiency, high internal ver strengthening factors, good linearity and high dynamics. It leaves achieve an image resolution of 5 to 10 Lp / mm, that of the structures of the microchannel plate and the integrated a-Si: H array is determined. There are no optical transmissions supply elements required so that a direct electrical signal Acceptance from the X-ray image intensifier for playback on the Monitor or digitization and further processing without Vidi is possible. By eliminating any optical transmission elements and the proximity solution using close-up vision only stronger signal losses are obtained.
Claims (7)
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